(57)【要約】【課題】  金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田クラックが発生するのを防止することができるとともに、セラミックス基板にクラックが発生するのを防止することができる、金属−セラミックス接合基板を提供する。【解決手段】  セラミックス基板１０の一方の面にろう材１６を介して放熱板固定用金属板１８の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、この放熱板固定用金属板１８の他方の面にＰｂフリー半田２０により放熱板２２を固定するとともに、放熱板固定用金属板１８の一方の面の周縁部または周縁部付近に所定の幅の非接合部を設ける。【選択図】      図１
2006286897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の一方の面にろう材を介して放熱板固定用金属板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記放熱板固定用金属板の一方の面の周縁部または周縁部付近に所定の幅の非接合部が設けられていることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
【請求項２】
前記非接合部が、前記放熱板固定用金属板の一方の面の周縁の全周に沿って延びていることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項３】
前記放熱板固定用金属板の他方の面に、この放熱板固定用金属板より大きい平面形状の放熱板が半田によって固定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項４】
前記半田が実質的に鉛を含まない半田であることを特徴とする、請求項３に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項５】
前記半田の露出面が前記放熱板固定用金属板の周縁から前記放熱板の周縁部付近に向かって傾斜していることを特徴とする、請求項３または４に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項６】
前記半田の露出面と前記放熱板の固定面との間の角度が７０°以下であることを特徴とする、請求項５に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項７】
前記非接合部が、前記放熱板固定用金属板の一方の面の周縁から所定の距離だけ離間していることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項８】
前記所定の距離が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項９】
前記所定の幅が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１０】
前記所定の幅が０．２５〜３．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１１】
前記放熱板固定用金属板および前記放熱板が銅または銅合金からなることを特徴とする、請求項３乃至１０のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１２】
前記セラミックス基板が窒化アルミニウム基板または窒化珪素基板であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１３】
前記セラミックス基板の厚さが０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１４】
前記セラミックス基板の他方の面にろう材を介して回路用金属板が接合されていることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１５】
前記セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板を接合するためのろう材が、前記回路用金属板の周縁から０．０３ｍｍ以上はみ出ていることを特徴とする、請求項１４に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板を用いた半導体回路基板またはパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス基板に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板に関し、特に、半田により放熱板が固定される金属−セラミックス接合基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するために、パワーモジュールが使用されている。従来のパワーモジュールでは、セラミックス基板の両面に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板の裏面（放熱面）が、厚い銅板などの放熱板（ベース板）に半田付けにより固定され、この金属−セラミックス接合基板の上面に半導体チップが半田付けにより固定されている。
【０００３】
近年、環境汚染の防止の観点から、従来のＰｂ入り半田（鉛を含む半田）の代わりにＰｂフリー半田（実質的に鉛を含まない半田）が使用され始めている。しかし、パワーモジュールなどに使用する金属−セラミックス接合基板の裏面（放熱面）に金属ベース板（放熱板）を固定するために使用する半田としてＰｂフリー半田を使用すると、金属−セラミックス接合基板（特に銅や銅合金からなる金属板をセラミックス基板に接合した銅−セラミックス接合基板）への熱衝撃時の応力が大きくなり、セラミックス基板にクラックが生じるという問題があり、また、ヒートサイクル後に半田にクラックが生じるという問題もある。これは、Ｐｂフリー半田が従来の半田に比べて硬いので、半田の塑性変形による応力緩和の効果が小さいためであると考えられる。
【０００４】
一方、セラミックス基板に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板において、回路用金属板の一部がセラミックス基板に接合しないようにすることにより、セラミックス基板のクラックを防止することができることが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９４６２３号公報（段落番号００１０−００１２）
【特許文献２】特開平９−１５７０５５号公報（段落番号０００７−００１４）
【特許文献３】特開２００３−３１８３３０号公報（段落番号００１９−００２４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１〜３に提案された金属−セラミックス接合基板では、熱衝撃時のセラミックス基板のクラックの発生を防止することができるが、このような金属−セラミックス接合基板をそのまま使用して、その裏面（放熱面）に従来の半田より硬いＰｂフリー半田で金属ベース板（放熱板）を固定した場合に、ヒートサイクル後の半田クラックの発生を防止することができなかった。そのため、金属−セラミックス接合基板の裏面に固定する金属ベース板の厚さや面積を増大することを検討したが、金属ベース板の面積を広くしても変化がなく、金属ベース板を厚くすると、熱衝撃時のセラミックス基板への応力が増加して、セラミックス基板にクラックが発生するという問題が生じた。
【０００７】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田クラックが発生するのを防止することができるとともに、セラミックス基板にクラックが発生するのを防止することができる、金属−セラミックス接合基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の一方の面にろう材を介して放熱板固定用金属板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁部または周縁部付近に所定の幅の非接合部を設けることにより、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田クラックが発生するのを防止することができるとともに、セラミックス基板にクラックが発生するのを防止することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の一方の面にろう材を介して放熱板固定用金属板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁部または周縁部付近に所定の幅の非接合部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この金属−セラミックス接合基板において、非接合部は、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁の全周に沿って延びているのが好ましい。また、放熱板固定用金属板の他方の面に、この放熱板固定用金属板より大きい平面形状の放熱板を半田によって固定することができる。この半田は、実質的に鉛を含まない半田でもよい。また、半田の露出面が放熱板固定用金属板の周縁から放熱板の周縁部付近に向かって傾斜しているのが好ましく、半田の露出面と放熱板の固定面との間の角度が７０°以下であるのが好ましい。
【００１１】
上記の金属−セラミックス接合基板において、非接合部が、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁から所定の距離だけ離間してもよい。この場合、所定の距離が０．１ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００１２】
上記の金属−セラミックス接合基板において、所定の幅が０．１ｍｍ以上であるのが好ましく、０．２５〜３．０ｍｍであるのがさらに好ましい。
【００１３】
上記の金属−セラミックス接合基板において、放熱板固定用金属板および放熱板が銅または銅合金からなるのが好ましい。また、セラミックス基板が窒化アルミニウム基板または窒化珪素基板であるのが好ましく、セラミックス基板の厚さが０．１〜１．０ｍｍであるのが好ましい。さらに、セラミックス基板の他方の面にろう材を介して回路用金属板が接合されているのが好ましく、このろう材が、回路用金属板の周縁から０．０３ｍｍ以上はみ出ているのが好ましい。
【００１４】
また、本発明による半導体回路基板またはパワーモジュールは、上記の金属−セラミックス接合基板を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田クラックが発生するのを防止することができるとともに、セラミックス基板にクラックが発生するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態について説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の第１の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１に示すように、略矩形の平面形状のセラミックス基板１０の一方の面（図中上面）には、ろう材１２を介して、セラミックス基板１０よりも小さい略矩形の平面形状の銅または銅合金からなる回路用金属板１４の一方の面の略全面が接合されている。この回路用金属板１４は、エッチングなどにより所定の回路パターンを形成して、半導体チップなどの電子部品搭載用の金属板として使用することができる。
【００１９】
セラミックス基板１０の厚さは、０．１ｍｍ未満では耐圧と絶縁性が低下し、１．０ｍｍより厚いと熱伝導性が低下するので、好ましくは０．１〜１．０ｍｍであり、さらに好ましくは０．２〜０．８ｍｍである。セラミックス基板１０として、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナを主成分とするセラミックス基板を使用することができるが、四窒化三珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などの窒化珪素を主成分とするセラミックス基板を使用するのが強度の点から好ましい。
【００２０】
また、熱衝撃時のセラミックス基板１０への応力を低減するために、ろう材１２が回路用金属板１４の周縁からはみ出して幅０．０３ｍｍ以上のフィレット部を形成するのが好ましい。なお、ろう材１２を使用しないで、回路用金属板１４をセラミックス基板１０に直接接合してもよい。
【００２１】
セラミックス基板１０の他方の面（裏面、図中下面）の略全面には、ろう材１６を介して、セラミックス基板１０よりも大きい略矩形の平面形状の銅または銅合金からなる放熱板固定用金属板１８が接合されている。この放熱板固定用金属板１８の厚さは、好ましくは０．０５〜０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．１５〜０．４ｍｍである。この放熱板固定用金属板１８が厚いと、半田付けなどの熱処理時でも変形が小さいため、半田にクラックが発生し難く、また、厚くなるほど放熱に有利であるが、厚過ぎるとセラミックス基板にクラックが発生し易くなるので、０．８ｍｍ以下にするのが好ましい。一方、放熱板固定用金属板１８が薄過ぎるとセラミックス基板にクラックが発生し難いが、放熱性に劣るため、０．０５ｍｍ以上にするのが好ましい。
【００２２】
また、放熱板固定用金属板１８は、セラミックス基板１０の周縁から好ましくは０．１ｍｍ以上、さらに好ましくは１．０ｍｍ以上はみ出すように配置されて、放熱板固定用金属板１８の周縁部がセラミックス基板１０に接合しないようにすることによって、放熱板固定用金属板１８の周縁の全周に沿って所定の幅の非接合部が形成されている。このようにセラミックス基板１０に接合しない放熱板固定用金属板１８の非接合部を形成することにより、この非接合部の変形が許容され、その変形により、後述するＰｂフリー半田２０に生じる応力を緩和することができると考えられる。このような効果を得るためには、放熱板固定用金属板１８の非接合部の幅は、好ましくは０．１ｍｍ以上、さらに好ましくは０．２５ｍｍ以上、最も好ましくは０．５ｍｍ以上である。但し、放熱板固定用金属板１８の非接合部の幅が３ｍｍを超えると、セラミックス基板１０の上面に接合した回路用金属板１４上に搭載する半導体チップの放熱特性が阻害されるおそれがあるため、３ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００２３】
放熱板固定用金属板１８の放熱面（裏面、図中下面）の略全面には、Ｐｂフリー半田２０により、放熱板固定用金属板１８より大きい略矩形の平面形状の放熱板（放熱用金属ベース板）２２が固定されている。Ｐｂフリー半田２０の露出面は、放熱板固定用金属板１８の周縁から放熱板２２の周縁部付近に向かって傾斜しており、この露出面と放熱板２２の接合面との間の角度θが７０°以下になるのが好ましく、３０〜７０°になるのがさらに好ましい。この角度を７０°以下にすることにより、応力を緩和して半田にクラックが発生するのを防止することができる。しかし、この角度が小さ過ぎると、放熱板２２の面積が大きくなり過ぎるので、３０〜７０°にするのが好ましい。なお、図示した実施の形態では、Ｐｂフリー半田２０が放熱板固定用金属板１８の裏面のみに配置されているが、Ｐｂフリー半田２０が放熱板固定用金属板１８の側面も覆うようにしてもよい。
【００２４】
このように、放熱板固定用金属板１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部を設けてセラミックス基板１０に拘束されない部分を形成することにより、さらに、Ｐｂフリー半田２０の露出面を放熱板固定用金属板１８の周縁から放熱板２２の周縁部付近に向かって傾斜させることにより、図中矢印ＡおよびＢで示すようにヒートサイクルの冷却時の熱収縮による応力が加えられても、放熱板固定用金属板１８の非接合部で応力を緩和することができ、また、Ｐｂフリー半田２０の周縁部全体（図中点線で示す領域２４）に応力を分散させることができる。その結果、Ｐｂフリー半田２０にクラックが生じるのを防止することができるとともに、セラミックス基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。
【００２５】
なお、放熱板固定用金属板１８の素材である銅または銅合金のビッカース硬さは４０〜６０であるのが好ましい。通常の銅板よりも硬めの方が、熱処理時に変形し難く、半田にクラックが発生するのを抑制する効果がある。しかし、硬過ぎるとセラミックス基板にクラックが発生するおそれがあるので、ビッカース硬さが４０〜６０であるのが好ましい。
【００２６】
［第２の実施の形態］
図２を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態では、セラミックス基板１０の裏面（図中下面）にろう材１１６を介して接合される略矩形の平面形状の放熱板固定用金属板１１８が、セラミックス基板１０より小さくなっている。その他の構成は、上述した第１の実施の形態と略同一である。
【００２８】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、放熱板固定用金属板１１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部、すなわち、ろう材１１６によってセラミックス基板１０に接合されない部分を設けることにより、さらに、Ｐｂフリー半田１２０の露出面と放熱板固定用金属板１１８の接合面との角度θが７０°以下、好ましくは３０〜７０°になるように、露出面を放熱板固定用金属板１１８の周縁から放熱板２２の周縁付近に向かって傾斜させることにより、図中矢印ＡおよびＢで示すようにヒートサイクルの冷却時の熱収縮による応力が加えられても、放熱板固定用金属板１１８の非接合部全体（図中点線で示す領域１２４）で応力を緩和することができる。その結果、Ｐｂフリー半田１２０にクラックが生じるのを防止することができるとともに、セラミックス基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、放熱板固定用金属板１１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部が設けられているが、この非接合部は、必ずしも放熱板固定用金属板１１８の周縁の全周に沿って延びている必要はなく、上記の効果が得られる限り、放熱板固定用金属板１１８の周縁の一部に延びるように設けてもよい。
【００３０】
［第３の実施の形態］
図３および図４を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
図３および図４に示すように、本実施の形態では、第１および第２の実施の形態と異なり、セラミックス基板１０の裏面（図３において下面）の周縁の全周に沿って所定の幅のろう材２１６を塗布するとともに、この周縁から所定の距離（ろう材２１６の幅）だけ離間して周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部を除いた部分にろう材２１７を塗布することにより、セラミックス基板１０の裏面に接合する略矩形の平面形状の放熱板固定用金属板２１８の所定の幅の非接合部が、放熱板固定用金属板２１８の周縁から所定の距離だけ離間して放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びている。その他の構成は、上述した第１および第２の実施の形態と略同一である。
【００３２】
本実施の形態では、第１および第２の実施の形態と同様に、ヒートサイクルの冷却時の熱収縮による応力が加えられても、放熱板固定用金属板２１８の周縁部付近の非接合部で応力を緩和することができる。その結果、Ｐｂフリー半田２２０にクラックが生じるのを防止することができるとともに、セラミックス基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、第１および第２の実施の形態と異なり、放熱板固定用金属板２１８の所定の幅の非接合部が、放熱板固定用金属板２１８の周縁から所定の距離だけ離間して放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びているため、放熱板固定用金属板２１８の端面に応力が集中するのを防止することができ、非接合部に応力を分散させることができると考えられる。この非接合部のまわりの接合部、すなわち、周囲の接合部の幅は０．１ｍｍ以上であるのが好ましく、０．１〜１．０ｍｍであるのがさらに好ましい。０．１ｍｍ未満では、放熱板固定用金属板２１８をエッチングする際に非接合部にエッチング液が入るのを防ぐ効果が小さくなり、１．０ｍｍを超えると、非接合部が放熱板固定用金属板２１８の端部から離れ過ぎて応力緩和の効果が低下するからである。なお、この周囲の接合部の幅が小さいために、ヒートサイクルが加わった際に、その周囲の接合部の一部で放熱板固定用金属板２１８がセラミックス基板１０から剥離することもあり得るが、そのような場合でも、第１および第２の実施の形態と同様に応力を緩和することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部が設けられているが、この非接合部は、必ずしも放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びている必要はなく、上記の効果が得られる限り、放熱板固定用金属板２１８の周縁の一部に延びるように設けてもよい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の実施例について詳細に説明する。
【００３６】
［実施例１〜４］
図１において、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１８として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２および１６の厚さを０．０２ｍｍとし、非接合部の幅をそれぞれ０．２５ｍｍ（実施例１）、０．５ｍｍ（実施例２）、１．０ｍｍ（実施例３）、３．０ｍｍ（実施例４）として、第１の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、２０℃→−４０℃×３０分→２０℃×１０分→１２５℃×３０分→２０℃×１０分を１サイクルとする繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、Ｐｂフリー半田２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、半田クラックの発生はなかった。また、金属板１４、１８とろう材１２、１６を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生もなかった。
【００３７】
［実施例５〜８］
セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１〜４と同様の方法により、第１の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。
【００３８】
［実施例９〜１２］
セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１〜４と同様の方法により、第１の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。
【００３９】
［実施例１３、１４］
図２において、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２および１１６の厚さを０．０２ｍｍとし、非接合部の幅をそれぞれ０．５ｍｍ（実施例１３）、１．０ｍｍ（実施例１４）として、第２の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。
【００４０】
［実施例１５、１６］
セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用し、裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１３および１４と同様の方法により、第２の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。
【００４１】
［実施例１７、１８］
図３において、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板２１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２、２１６および２１７の厚さを０．０２ｍｍとし、放熱板固定用金属板２１８の周縁部の接合部（周縁部に塗布されたろう材２１６）の幅を０．５ｍｍとし、非接合部の幅をそれぞれ０．５ｍｍ（実施例１７）、１．０ｍｍ（実施例１８）として、第３の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。
【００４２】
［実施例１９、２０］
セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用し、裏面に接合する放熱板固定用金属板２１８として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１７および１８と同様の方法により、第３の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。
【００４３】
［比較例１］
図５に示すように、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２および３１６の厚さを０．０２ｍｍとして、非接合部を設けなかった以外は第２の実施の形態とほぼ同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。この金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなかったが、半田クラックの発生が認められた。
【００４４】
［比較例２］
セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．４ｍｍの銅板を使用した以外は比較例１と同様の方法により、比較例１と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、半田クラックの発生はなかったが、窒化アルミニウム基板にクラックの発生が認められた。
【００４５】
［比較例３］
セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．６ｍｍの銅板を使用した以外は比較例１と同様の方法により、比較例１と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、半田クラックの発生はなかったが、窒化アルミニウム基板にクラックの発生が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による金属−セラミックス接合基板の第１の実施の形態の概略側面図である。
【図２】本発明による金属−セラミックス接合基板の第２の実施の形態の概略側面図である。
【図３】本発明による金属−セラミックス接合基板の第３の実施の形態の概略側面図である。
【図４】本発明による金属−セラミックス接合基板の第３の実施の形態のセラミックス基板の裏面に塗布したろう材を概略的に示す平面図である。
【図５】比較例１〜３において製造した金属−セラミックス接合基板の概略側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  セラミックス基板
１２、１６、１１６、２１６、３１６、３１７  ろう材
１４  回路用金属板
１８、１１８、２１８  放熱板固定用金属板
２０、１２０、２２０  Ｐｂフリー半田
２２  放熱板
【図１】
2006286897.tif 000003
【図２】
2006286897.tif 000004
【図３】
2006286897.tif 000005
【図４】
2006286897.tif 000006
【図５】
2006286897.tif 000007